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      施肥罐在灌溉系統中的應用

      2016-07-02 22:59:24


       

                                  圖1  旁通施肥罐示意圖


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      圖2    田間應用的臥式金屬施肥罐(左)和立式金屬施肥罐(右) 




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      圖3 大棚應用的立式塑料低壓施肥罐(10升)和大田應用的塑料耐壓施肥罐(200升)

       

      肥料罐是用抗腐蝕的陶瓷襯里或鍍鋅鑄鐵、不銹鋼或纖維玻璃做成,以確保經得住系統的工作壓力和抗肥料腐蝕。在低壓灌溉系統中(如大棚滴灌),由于壓力低(約10m水壓),也可用塑料罐。固體可溶肥料在肥料罐里逐漸溶解,液體肥料則與水快速混合。隨灌溉進行,肥料不斷被帶走,肥料溶液不斷被稀釋,養分濃度越來越低,最后肥料罐里的肥料都流走了。該施肥系統操作簡單、設備便宜,不需要用外部動力就可以達到較高的稀釋倍數。然而,該系統也存在一些缺陷,如無法精確控制灌溉水中的肥料注入速率和養分濃度,每次灌溉之前都得重新將肥料裝入施肥罐內。節流閥增加了壓力的損失,而且該系統不能用于自動化操作。肥料罐常做成10~300L的規格。一般溫室大棚小面積地塊用體積小的施肥罐,大田輪灌區面積較大的地塊用體積大的施肥罐。

      一般而言,旁通施肥罐安裝在灌溉系統的首部,過濾器和水泵之間。安裝時,沿主管水流方向,連接兩個異徑三通,并在三通的小口徑端裝上球閥,將上水端與旁通施肥罐的一條細管相連(此管必須延伸至施肥罐底部,便于溶解和稀釋肥料),主管下水口端與旁通施肥罐的另一細管相連。

      旁通罐的操作運行順序如下:1.根據各輪灌區具體面積或作物株數(如果樹)計算好當次施肥的數量。稱好或量好每個輪灌區的肥料。2.將液體肥直接倒入施肥罐,若用固體肥料則應先行單獨溶解并通過濾網注入施肥罐。有些用戶將固體肥直接投入施肥罐,使肥料在灌溉過程中溶解,但需要5倍以上的水量以確保所有肥料被溶完。注完肥料溶液后,扣緊罐蓋。3.檢查旁通管的進出口閥均關閉而調節閥打開,然后打開主管道閥門。4. 打開旁通進出口閥,然后慢慢地關閉節制閥,同時注意觀察壓力表,得到所需的壓差(1~3m水壓)。5. 對于有條件的用戶,可以用電導率儀測定施肥所需時間。施肥完后關閉進出口閥門。 6. 要施下一罐肥時,必須排掉部分罐內的積水。在施肥罐進水口處應安裝一個1/2"的進排氣閥或1/2"的球閥。打開罐底的排水開關前,應先打開排氣閥或球閥,否則水排不出去。

      施肥罐操作時應該注意以下問題。1.當罐體較小時(小于100L),固體肥料最好溶解后倒入肥料罐,否則可能會堵塞罐體。特別在壓力較低時可能會出現這種情況。2.有些肥料可能含有一些雜質,倒入施肥罐前先溶解過濾,濾網100~120目。如直接加入固體肥料,必須在肥料罐出口處安裝一個1/2"的篩網式過濾器?;蛘邔⒎柿瞎薨惭b在主管道的過濾器之前。3.每次施完肥后,應對管道用灌溉水沖洗,將殘留在管道中的肥液排出。一般滴灌系統20~30分鐘,微噴灌5~10分鐘。對噴灌系統無要求。如有些滴灌系統輪灌區較多,而施肥要求盡量短的時間完成,可考慮測定滴頭處電導率的變化來判斷清洗的時間。一般的情況是一個首部的灌溉面積越大,輸水管道越長,沖洗的時間也越長。沖洗是個必須過程。因為殘留的肥液存留在管道和滴頭處,極易滋生藻類青苔等低等植物,堵塞滴頭;在灌溉水硬度較大時,殘存肥液在滴頭處形成沉淀,造成堵塞。據作者調查,大部分灌溉施肥后滴頭堵塞都與施肥后沒有及時沖洗有關。及時的沖洗基本可以防止此類問題發生。但在雨季施肥時,可暫時不洗管,等天氣晴朗時補洗。否則會造成過量灌溉淋洗肥料。4.肥料罐需要的壓差由入水口和出水口間的節制閥獲得。因為灌溉時間通常多于施肥時間,不施肥時節制閥要全開。經常性地調節閥門可能會導致每次施肥的壓力差不一致(特別當壓力表量程太大時,判斷不準),從而使施肥時間把握不準確。為了獲得一個恒定的壓力差,可以不用節制閥門,代之以流量表(水表)。水流流經水表時會造成一個微小壓差,這個壓差可供施肥罐用。當不施肥時,關閉施肥罐兩端的細管,主管上的壓差仍然存在。在這種情況下,不管施肥與否,主管上的壓力都是均衡的。因這個由水表產生的壓差是均衡的,無法調控施肥速度,所以只適合深根的作物。對淺根系作物在雨季要加快施肥,這種方法不適用。

      旁通施肥罐設備成本低,操作簡單,維護方便,施肥時不需要外加動力。設備體積小,占地少。但旁通施肥罐也存在明顯的缺點。

      1、施肥濃度不可控制。旁通罐是定量化施肥方式,即只管當次的施肥總量,不關心施肥過程中濃度的變化。實際上旁通罐施肥過程中濃度是先高后低,濃度在施肥過程中是變化的。一次施肥過程需要1-3小時完成。這種情況只適合滴灌應用。各種噴灌淋灌的工作時間都較短(幾至幾十分鐘),不能選用施肥罐。即使在滴灌條件下,在雨季土壤濕潤無需灌溉,但要通過滴灌系統施肥,要求在滿足均勻度的情況下施肥速度要快,這時施肥罐也滿足不了要求。對淺根系作物,雨季滴灌系統用施肥罐是不適宜的。

      2、判斷施肥是否完成比較困難。施肥罐工作時是密閉的,有沒有施完肥肉眼看不見,用戶常常無法掌握準確的施肥時間。很多用戶在第一罐肥還沒有施完的情況下(單純看罐底有沒有肥),就將罐內的肥液排掉加第二罐肥,造成浪費。在有條件的地方,可以用下列方法測定施肥時間。

      (1)、肥料大部分為無機鹽(尿素除外),溶解于水后使溶液的電導率增加。用筆式電導率儀監測施肥時流出液的電導率(EC值)的變化即可知每罐肥的施肥時間。將某種單質肥料或復合肥料倒入罐內約1/3容積,記錄入水口壓力(有壓力表情況下)或在節制閥的旋緊位置做記號(入水口無壓力表情況下),用電導率儀測量流出液的EC值,記錄施肥開始的時間。施肥過程中每隔5分鐘測量一次,直到EC值與入水口灌溉水的EC值相等,此時表明罐內無肥,記錄結束的時間。開始與結束的時間差即為當次的施肥時間。


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      圖4、用電導率儀監測施肥時間及濃度變化

       

      (2)、利用鉀離子與銨離子能與2%的四苯硼鈉(簡稱納氏試劑)形成白色沉淀來判斷。做法同電導率儀法相似。試驗肥料可用硝酸鉀、氯化鉀、硫酸銨、磷銨等含鉀或銨的肥料。記錄開始施肥的時間。每次用50ml的燒杯取肥液3~5ml,滴入1滴四苯硼鈉溶液,搖勻,開始施肥時變白色沉淀,以后隨濃度越來越稀而無反應。此時的時間即為施肥時間。


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      圖5、用納氏試劑監測施肥完成時間


      尿素是灌溉施肥中最常用的氮肥。但上述兩種方法都無法檢測尿素的施肥時間??梢詫⒛蛩嘏c鉀肥按9:1的比例加入罐內,用監測電導率的辦法了解尿素的施肥時間。因鉀肥的溶解度比尿素小,只要監測不到電導率的增加,表明尿素已施完畢?;蛘哂眉{氏試劑檢測。

      3、肥料溶解慢。在北方井灌區,水溫低(約9-10攝氏度),用施肥罐溶解肥料速度很慢。特別是吸熱溶解的肥料(如尿素、硝酸鉀、氯化鉀、硝銨等),需要更長的時間溶解。

      4、施肥效率低下。 在大田灌溉區,一個輪灌區從幾畝至幾十畝不等。施肥罐體積有限,每次只能裝不超過100公斤肥料(以最大體積300升為例),農戶需要多次注肥溶肥。施肥罐的注肥口很?。ㄗ畲蟮募s30厘米口徑),注肥不方便。大的袋裝肥料需要多人操作。一些施肥罐為立式的,增加了施肥難度。


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        圖6、施肥罐施肥需要較多的人工

       

      5、銹蝕嚴重耐用性差。 現在在田間應用的施肥罐主要是碳鋼材料的,非常容易生銹。一些施肥罐只能用一兩年。

      6、無法自動化施肥。現在勞力成本越來越高,自動化施肥是大勢所趨,特別是規?;鄥^(如新疆、內蒙等地)。施肥罐是國外70-80年代廣泛應用的施肥設備,現在基本淘汰了。主要原因除上面的不足外,不能自動化是被淘汰的決定性原因。

      作者在田間調查發現施肥罐使用中存在一些問題。在田間大面積灌溉區,有些施肥罐體積太小,應該配置300升以上,方便用戶施肥。有些施肥罐上不安裝進排氣閥,導致操作困難。有些施肥罐的進水和出肥管管徑太?。?6或20毫米管徑),無法調控施肥速度。一般對200升以上的施肥罐,應該采用32mm的鋼絲軟管。從注肥的操作便利看,臥式施肥罐優于立式施肥罐。絕大部分灌溉企業都沒有交給用戶施肥罐的操作說明書,用戶不懂正確的使用方法。


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      圖7 施肥罐注肥口左側的黑色物體為進排氣閥


      通過灌溉系統施肥,實際上有很多高效方便低廉的辦法(如泵注肥法、泵吸肥法。作者后期陸續介紹),完全可以克服施肥罐的各種不足。目前田間使用的施肥罐大部分不是農戶自己選擇的,而是一些灌溉企業作為標準配置安裝的。一些灌溉設計人員也缺乏施肥設備的基本知識。施肥設備選擇是否合理,不但關系到農戶施肥的方便,更關系到整套灌溉系統是否發揮最大作用。作者看到田間的一套先進滴灌系統,由于安裝了施肥罐施肥,每次施肥要5-6小時完成,造成嚴重的過量灌溉,最后施的肥全部被淋洗,滴灌的作物長勢還不如常規大水漫灌。作者建議在田間大面積灌溉區逐步淘汰施肥罐,改用其它高效施肥設備。而在小面積低壓灌溉區(如大棚蔬菜)可以選用小型施肥罐。



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